JPH0422817A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は回転角を検出するロークリエンコーダに関す
る。

（ｂ）従来の技術 従来の一般的なロータリエンコーダは、光学的パターン
を形成した回転円板を用い、この回転円板の近傍に光学
的パターンを読み取る光学センサを配置している。そし
て、被測定物である回転子の回転角を絶対量として検出
する場合は、回転円板の光学的パターンとして、その絶
対角度を表す、または絶対角度に対応するディジタルコ
ートをパターン化している。

（Ｃ）発明が解決しようとする課題 ところが、このように回転円板の絶対角度を検出する従
来のロークリエンコーダの場合、検出すべき回転角度の
分解能を向上さセるためにはディジタルコードパターン
のピッチを細かくするとともに、そのビット数を増加さ
セる必要がある。このため大型のコード板を用いなけれ
ばならず、装置全体が大型化する。また、コード板の直
径を同とすれば、ディジタルコードパターンをコード板
の半径方向Ｏこ細かく形成しなければならず、コード板
の高い加工精度および光源やセンサの商い位置精度が要
求される。

この発明の目的は、ディジタルコードによって中程度の
父解能を確保するとともに、相対角度読取パターンによ
ってそれ以上の分解能を得るように巳、検出すべき回転
角度の分解能を容易に高めろれるようにしたロータリエ
ンコーダを提供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明のロータリエンコーダは、回転体に、その回転
方向に絶対角度範囲を表すコードパターンおよび前記絶
対角度範囲内を等分割する相対角度読取パターンを形成
したパターン形成体と、このパターン形成体の回転方向
に前記コードパターンおよび相対角度読取パターンを読
み取るラインセンサ゛と、 前記ラインセンナの読み取ったコードパターンから上位
の角度データを生成する上位角度データ生成手段と、 前記ラインセンサの基準位置と前記相対角度読取パター
ンの検出位置との間隔から下位の角度データを生成する
下位角度データ生成手段とを備えたことを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明のロータリエンコーダでは、パターン形成体は
、その回転方向に絶対角度範囲を表すコードパターンお
よびその絶対角度範囲内を等分割する相対角度読取パタ
ーンが形成されている。ラインセンサ′は上記パターン
形成体に形成されているコードパターンおよび相対角度
読取パターンをパターン形成体の回転方向に読み取る。

上位角度データ生成手段はうインセン・す゛の読み取っ
たコードパターンから上位の角度データを生成する。例
えば全周３６０°を１０°毎に区分して、コードパター
ンとして１０の位と１００の位をＢＣＤコードで表した
場合、“”ｏｏ”〜“３５“のコードパターンを設け、
前記上位角度データ生成手段はこれらのＢＣＤコードを
読み取ってそのまま上位（１０００位と１０の位）の角
度データとする。

下位角度データ生成手段はラインセンサの基準位置と相
対角度読取パターンの検出位置との間隔から下位の角度
データを生成する。例え：よ゛、上述のように全周３６
０°をｌＯ°単位を区切り、さらにその１０°を例えば
２°毎に相対角度読取パターンで区切る場合、１０°の
範囲を相対角度読取パターンＡと４本の相対角度読取パ
ターンＢて区切ることになる。ここで４本の相対角度読
取パターンＢをパターンＡの隣からパターンＢｌ、８２
Ｂ３．Ｂ４と名づけると、ラインセンサの基準位置に最
も近い相対角度読取パターンがＡてあれば下位角度の読
取範囲は０°〜２°未満、ラインセンサ゛の基準位置に
最も近い相対角度読取バタンがＢ１てあれば２°〜４″
′未満、同様にパターンＢ２であれば４°〜６°未満、
パターンＢ３であれば６°〜８°未満、パターンＢ４て
あれば８〜１０°未満というように下位角度の読取範囲
を決定し、その相対角度読取パターンの検出位置とライ
ンセンサの基準位置との間隔から２°未満Ｏ下位角度を
生成する。

（［１実施例 この発明の実施例に係るロータリエンコーダのパターン
形成体の例であるコード板の構成を第１図〜第３図に示
す。第１図はコード板の平面図である。同図において０
，１，２．３・・・・３５はそれぞれ全周３６０°を１
０°単位に区分した領域に形成されているパターンであ
り、同図においては３４，３５．０，１．２および１７
．１８１９についてのみパターンを表し、その他の領域
のパターンは省略している。また図中４４はＣＣＤライ
ンセンサの読取領域を示している。後述するようにＣＣ
Ｄラインセンサの読取信号から１０°単位の上記角度デ
ータと１０°未溝の下位角度データが生成される。大ま
かに表現すればパターン０は０°　ｌは１０°　２ば２
０°、同様にして３５は３５０９の範囲に相当している
。

第２図は第１図に示したコード板に形成されているパタ
ーンを］Ｏ″単位区分して表した図である。同図におい
てＡ、Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４て示すパターンがそれぞ
れ相対角度読取パターンであり、パターンＡは幅０．３
°を一単位としてコードで表モば“１０ｉ０”、同様に
パターン８１〜Ｂ４をコードで表せばそれぞれ“１０”
と表現することができる。また、（３，３６幅の１０１
０”のパターンＡは他の領域には存在せず、１０°単位
の先頭位置すなわちＯ°〜２°未満の範囲を表している
。また、同図においてＣ１，Ｃ２Ｃ５は“００″〜“３
５′のＢＣＤコードてあり、Ｃ１は１０の位（角度では
１００”の位）に相当する２ピント、Ｃ２；Ｃ３は１の
位（角度では１０°の位）に相当する４ビツトであり、
このＢＣＤコードの１ビツトは０．６°幅のパターンで
表している。

第３図は第１図に示したコード板に形成されているパタ
ーンの一部を直交座標に展開した図である。従ってＣＣ
Ｄライセンセンサ取領域は直線状と成らないが、ここで
は説明上直線状であるものとしている。同図において４
４はＣ’ＣＤラインセンザセン読取領域であり、その略
中央部をラインセン刊の基準位置として幅Ｗ（２°）の
範囲に存在する相対角度読取パターン（この例ではＢ３
）まての間隔Ｔかろ下位角度データが求められる。

上記Ｗの範囲内に相対角度読取パターンＡがあるときは ０６〜２６未満 パターンＢ１があるときには ２°〜４°未満 パターンＢ２があるとき↓こは ４°〜６°未満 パターンＢ３があるときには ６°〜８″未満 パターンＢ４があるときは ８°〜１０°未満 の範囲で下位角度を求める。ここで上記幅Ｗに相当する
ＣＣＤラインセンサの画素数をＷ、上記幅Ｔに相当する
ＣＣＤラインセンサの画素数をＴとすれば、幅Ｗが２°
であることから、幅Ｔに相当する角度は２ＸＴ／Ｗとし
て求められる。

たとえは、第３図の場合ＢＣＤコードパターンが°ｌ　
３５１１であることから上位角度でデータは３５０°、
ラインセンサの基準位置からＷの範囲にある相対角度読
取パターンはＢ３であることから、求めるべき下位角度
データの範囲は６°〜８゜未満であり、２°未溝の角度
は２ＸＴ／’Ｗから求められ、結局下位角度データは（
６°＋　２　Ｘ　Ｔ　／Ｗ）として求められる。従って
ロークリエンコーダの角度検出結果としては３５０°＋
　６　＝２　Ｘ　Ｔ／Ｗ＝３５６°＋　２　Ｘ　Ｔ　／
　Ｗが出力される。

次に上記コード板を用いるロークリエンコーダの制御部
のブロック図およびその処理手順を第４図および第５図
に示す。

第４図においてＣＰＵ４０はＲＯＭ４１に予め書き込ま
れているプログラムを実行してロータリエンコーダとし
ての制御を統括する。ＲＡ　Ｍ４２は各種パターンの抽
出および角度データの生成等を行う際のワーキングエリ
アとして用いられる。

ＣＣＤラインセンサ４４は例えば１０２４画素の受光部
を備えている。読取コントローラ４３はＣＣＤラインセ
ンサ４４の受光蓄積時間制御および読み出しシフト制御
を行う。波形整形回路４５はＣＣＤラインセンサ４４の
出力信号を波形整形して論理レベルの信号に変換する。

データ処理回路４６は波形整形された１ライン分のデー
タを一時記憶し、読取コントローラ４３から与えられる
タイミング信号に応してＣＰＵ４０に対し、１ライン分
のデータの読取要求を出力する。ＣＰＵはこの読取要求
を受けてデータ処理回路４６内に記憶されている１ライ
ン分のデータをＲＡＭ４２に格納し、その後角度データ
を求める。さらにＣＰＵは求めた角度データをＩ１０ボ
ート４７を介して外部へ出力する。

上記ＣＰＵ４０は第５図に示す手順で実行する。先ず、
−旦１ライン分１０２４ビ・ノドのデータをＲＡ　Ｍ　
４２の所定領域に入力する（ｒ＋１）。続いて読み込ん
だデータから０．３°幅のパターンを抽出する（Ｂ２）
。これは第２図および第３図においてＡ、Ｂｌ、Ｂ２．
Ｂ３．Ｂ４として示した相対角度読取パターンである。

また、これと共０二１０°単位に区分した先頭位置にあ
る相対角度読取パターンＡの位置を検出しくｎ３）、第
３図に示した幅Ｗ内の相対角度読取パターンがＡ、　　
８１〜Ｂ４の何れであるかを判定する。（ｎ４）。

つづいて相対角度読取パターンで区分された位置にある
コードパターンＣ１，Ｃ２，Ｃ３て表されるＢＣＤコー
ドを抽出する（ｎ５）。また、ＣＣＤラインセン・す・
の基準位置から幅Ｗ内にある相対角度読取パターンまで
の間隔（画素数）を求める（ｎ６）。そしてＣＬ　　Ｃ
２，Ｃ３で示される上位角度データと幅Ｗ内の相対角度
読取パターンおよび間隔Ｔから下位角度データを生成し
、これを出力する（ｎ７）。以上の処理を繰り返すこと
によってコード板の角度を一定時間間隔て常に求めるこ
とがてきる。

次に、他の実施例に係るロータリエンコーダに用いられ
るコード板の構成を第６図に示す。同図において４４お
よび５０は第１および第２のラインセンサの読取領域で
あり、コード板に同心円状に第１のパターンＰＬおよび
第２のパターンＰ２が設けられている。第１のラインセ
ンサ４４が読み取る第１のパターンＰ１は先の実施例で
示したパターンと同一である。第２のパターンＦ２およ
びそれを読み取る第２のラインセンサ５０は相対角度の
読取分解能を高めるためのものである。すなわち先ずラ
インセンサ４４で上位角度データと下位角度の読取範囲
（第３図に示した幅Ｗ内にどの相対角度読取パターンが
存在するか）を求め、次にラインセンサ４４て得た下位
角度読取範囲を基にラインセンサ５０で下位角度を求め
る。但し、読取範囲が広いと、すなわちラインセン・す
・５０上ての相対角度読取パターンの間隔Ｂが広いと誤
差が大きくなるので、この相対角度読取パターンＢの間
にその間を等分割するパターンＤを設けている。なお、
パターンＢとＤを区別するにはパターン幅を違えてもよ
いし、第１のパターンＰ１における相対角度読取パター
ンＡのように、相対角度読取パターン已に隣接するもう
１本のパターンを設けてもよい。また、第１のパターン
Ｐ１における相対角度読取パターンＡと第２のパターン
Ｐ２における相対角度読取パターンＢとはうインセン→
ノ４４と５０との基準位置を合わせる際にも用いられる
。第６図に示した第２のパターンＰ２の外周部にはさら
に第３第４のパターンを拡張することも可能である。こ
のようにすることによってコード板を大きくすることな
く、ＢＣＤコードなどのコードパターンを複雑にするこ
ともなく、パターンＤの間隔を狭（するだけて分解能を
容易に富めることができる。

（（至）発明の効果 コード板に形成されているパターンは回転方向に配列さ
れているため、直線配列されたＣＣＤＣＣラインセン用
いた場合、ＣＣＤラインセンサ上におけるパターンの移
動は直線的ではない。しかし、本願発明のように絶対角
度範囲を相対角度読取パターンによって等分割すること
によって簡単に下位角度データの読取範囲（Ｗ）を狭く
することができ、誤差を大幅に低減することができる。

しかも、相対角度読取パターンは絶対角度範囲を等分割
するだけのパターンでよく、複雑なパターンを必要とし
ない。

また、下位角度データの読取範囲が狭いとしいうことは
、光軸近傍の近似平行光線を利用することであり、光源
からの光を平行にするために光源をパターン形成体から
遠ざけるのと同し効果がある。従って、許される誤差範
囲内で光源をパターン形成体に近接配置して全体を小型
化することがて

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるロークリエンコーダに
用いられるコード板の平面図、第２図は同コード板の１
０°毎のパターンを表す図、第３図は同コード板の一部
展開図である。第４図はロータリエンコーダの制御部の
ブロック図、第５図はその処理手順を表すフローチャー
トである。さらに第６図は他の実施例に係るロークリエ
ンコーダに用いられるコード板のパターンを表す部分平
面図である。 ４４゜ ＣＬ。 ンセンサおよびその ＣＣＤライ 読取領域、 Ｂ２．Ｂ３゜ パターン、 Ｃ３−コードパターン。 相対角度読取 り４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体に、その回転方向に絶対角度範囲を表すコ
   ードパターンおよび前記絶対角度範囲内を等分割する相
   対角度読取パターンを形成したパターン形成体と、 このパターン形成体の回転方向に前記コードパターンお
   よび相対角度読取パターンを読み取るラインセンサと、 前記ラインセンサの読み取ったコードパターンから上位
   の角度データを生成する上位角度データ生成手段と、 前記ラインセンサの基準位置と前記相対角度読取パター
   ンの検出位置との間隔から下位の角度データを生成する
   下位角度データ生成手段とを備えたロータリエンコーダ
   。